Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

КОПИЛКА ДЛЯ АРКТИКИ

Добавлено: 2013-11-25, просмотров: 983



В прошлом номере «НУ» опубликовала отчет о Днях уральской науки и инноваций, прошедших в Салехарде в середине октября. Продолжая тему, предлагаем обзор докладов на «круглых столах», состоявшихся в эти дни. Стоит подчеркнуть, что в них была представлена лишь часть достижений уральских ученых по северной тематике. Надо надеяться, что эта своеобразная копилка станет пополняться, а ее содержимое будет востребовано в реальной экономике.
Материаловеды — Северу
Северное материаловедение — особая отрасль знания. И металлы, и полимеры, и другие материалы при экстремально низких температурах ведут себя совсем не так, как в средних широтах — они гораздо больше подвержены разрушению.
На заседании круглого стола «Материалы и техника для Севера» зам. директора Института физики металлов УрО РАН доктор технических наук М.В. Дегтярев представил пять материаловедческих проектов ИФМ. Здесь разработаны высокопрочные и пластичные сплавы с эффектами памяти формы на основе никелида титана, которые способны работать в широком интервале температур, в том числе и при экстремально низких. Другой проект связан с созданием биметаллической оболочки нефтехимических реакторов для работы в условиях Крайнего Севера. В сотрудничестве со специалистами ОАО «Уралхиммаш» методом сварки взрывом ученые получили листовой двухслойный композит «хромистая сталь — низкоуглеродистая сталь», способный сохранять свои свойства при низких температурах и высоких напряжениях.Безопасность на северных железных дорогах напрямую зависит от качества стали, из которой изготавливаются колеса и рельсы, а также другие детали железнодорожного транспорта, например, рамы тележек грузовых полувагонов. Это относительно недорогие низколегированные углеродистые стали и сплавы. Сталь, подвергающаяся воздействию холода, должна обладать повышенной пластичностью и ударной вязкостью, чтобы не потрескаться на морозе. Специалисты ИФМ выяснили причину ухудшения этих параметров — интеркристаллитное разрушение. Они предложили подвергать низколегированные стали повторной термической обработке и нашли оптимальный режим этого процесса. Исследования также показали, что легирование хромом в сочетании с термической обработкой позволяет повысить износостойкость стали в 1,5 раза.
Еще одна важнейшая для северного транспорта проблема — получение двухслойных сталей для корпусов мощных арктических ледоколов. Изготавливают такие стали путем плакирования (от французского plaquer — накладывать, покрывать), т.е. нанесения на поверхность высокопрочной корпусной стали тонкого слоя другого сплава, обладающего более высокими характеристиками коррозионной стойкости и сопротивления изнашиванию при трении о лед. Проблема в том, что пограничный слой, где плакирующая нержавеющая сталь соединяется с основной среднелегированной корпусной сталью, при низких температурах может стать хрупким и разрушиться. Это своего рода зона риска. Сегодня ученые ИФМ в сотрудничестве с ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» (Санкт-Петербург) решают фундаментальную задачу — получить такой двухслойный материал, в котором слои были бы соединены буквально намертво.
В отделе наноспинтроники ИФМ разработано два типа магниточувствительных наноматериалов: спиновые клапаны, чувствительные к слабым магнитным полям, и металлические сверхрешетки, работоспособные в широком диапазоне магнитных полей в десятки килоэрстед. Для того чтобы определить, насколько сенсоры магнитного поля работоспособны в северных условиях, специалисты ИФМ изготавливают специальный стенд, позволяющий исследовать магниторезистивные характеристики пленочных материалов при пониженных температурах и в слабых магнитных полях (на фото — высоковакуумная магнетронная установка, предназначенная для приготовления многослойных наноматериалов).
Доклад заместителя гендиректора Уральского института металлов (Екатеринбург) академика Л.А. Смирнова был посвящен конкретным проблемам производства и использования хладостойких сталей, которые исследуют специалисты УИМ.
Директор Института технической химии Пермского НЦ УрО РАН доктор технических наук В.Н. Стрельников (на фото) представил морозостойкие эластичные материалы, способные работать в условиях механической нагрузки при температурах до минус 60 0С. Синтезированные учеными олигоакрилаты — это полимерная основа фотоотверждаемых композиций для защитных покрытий оптоволоконных узлов навигационных систем. Морозостойкие пластифицированные полиуретановые блоксополимеры могут применяться для изготовления регуляторов давления на газопроводах, эластичных элементов транспорта и промышленного оборудования.
О новых подходах к переработке природного газа, которые разрабатываются в Институте химии твердого тела УрО РАН, шла речь в докладе доктора химических наук М.В. Патракеева. Для российского Севера, где сосредоточены огромные запасы углеводородов, эта тематика исключительно актуальна. Уральские химики показали преимущества технологии получения синтез-газа и водорода в мембранных каталитических реакторах по сравнению с традиционным процессом паровой конверсии.
Разнообразные инновационные предложения Института химии Коми НЦ УрО РАН, перспективные для северных территорий, представил доктор химических наук Ю.И. Рябков. Это целлюлозосодержащие сорбенты, применяемые очистки и восстановления водных акваторий, почвенных покровов от нефтезагрязнений, ионов тяжелых металлов и других поллютантов антропогенного происхождения; водорастворимые полимеры, которые широко используются в нефте-, газодобывающей и перерабатывающей промышленности в качестве реагентов при бурении и промышленной эксплуатации скважин; биологически активные соединения, на основе которых создаются лекарства для адаптации человека на Севере и поддержания его здоровья; наноструктурированные керамические и полимерные композиты для жестких условий эксплуатации.
На заседании круглого стола ««Материалы и техника для Севера» прозвучало также сообщение кандидата физико-математических наук И.Н. Кандобы о разработанных в Институте математики и механики УрО РАН информационных технологиях, которые могут найти применение в северных регионах. Автоматизация процессов обработки и анализа данных дистанционного зондирования земной поверхности из космоса необходима для эффективного решения таких прикладных задач, как обновление электронных карт местности, оперативный мониторинг территорий, в том числе предупреждение техногенных катастроф. В ИММ разработан также программно-технический комплекс для оптимизации режимов работы электростанций и энергосистем. Экономический эффект от внедрения такого комплекса на 10 тепловых электростанциях Свердловской области составляет 300 тысяч тонн условного топлива или 450 миллионов рублей в год. Математическое обеспечение необходимо и для прогнозирования климатических изменений в арктической зоне.

Факторы риска
Северные экосистемы отличаются особой ранимостью, чувствительностью к антропогенному воздействию, поэтому экологические проблемы в высоких широтах приобретают особую остроту. Сильнейшие стрессы испытывает на Севере и человеческий организм. Эта тематика стала предметом обсуждения на заседаниях круглого стола «Экология, физиология, охрана окружающей среды».
В докладе директора Института промышленной экологии УрО РАН доктора технических наук М.В. Жуковского был рассмотрен комплексный подход к решению экологических проблем промышленно развивающихся регионов, к которым относится Ямало-Ненецкий автономный округ. По оценкам ученых, основные источники загрязнения атмосферы на территории ЯНАО — выбросы при транспортировке газа, автотранспорт, котельные предприятий, использующие твердое и жидкое топливо, сжигание попутного газа в процессе добычи на месторождениях. Сотрудники Института промышленной экологии провели подробные исследования загрязнения поверхностного слоя почвы в трех городах ЯНАО: Ноябрьске, Тарко-Сале и Новом Уренгое. Всего было отобрано 833 пробы почвы, каждая из которых была проанализирована на содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов. Получены территориально специфичные оценки пространственных и частотных распределений тяжелых металлов в поверхностном слое, в частности обнаружены пятна аномально высокого (превышающего в 10 раз по сравнению с фоном) содержания хрома в почве в городах Тарко-Сале и Новый Уренгой.
Докладчик представил схему оптимизации управления риском для промышленных территорий и подчеркнул, что при оценке риска для здоровья населения необходимо учитывать комбинированное воздействие различных негативных факторов. Был рассмотрен типовой подход к оценке риска (на примере канцерогенного риска для детей г. Новый Уренгой) и даны конкретные рекомендации по снижению воздействия химических загрязнителей воздуха, почвы и питьевой воды на здоровье детского населения ЯНАО.
Кандидат физико-математических наук И.Л. Манжуров (Институт промышленной экологии УрО РАН) представил концепцию интегральной системы управления качеством окружающей среды на региональном уровне (на примере ЯНАО), разработанную в лаборатории устойчивого развития территорий ИПЭ. Она предполагает построение системы критериев управления качеством окружающей среды северных территорий и моделей антропогенного воздействия на основные показатели состояния трех природных сред (воздуха, почвы, воды) и здоровье населения; определение граничных условий и методического подхода к принятию управленческих решений; построение системных моделей объекта управления (социально-экономического комплекса и природной среды ЯНАО) и субъекта управления (администрации, департаментов и служб округа); наконец, разработку фундаментальных основ интегрированной системы управления качеством окружающей среды северных территорий.
Доклад директора Института экологии растений и животных УрО РАН члена-корреспондента В.Д. Богданова был посвящен роли Экологического научно-исследовательского стационара ИЭРиЖ (г. Лабытнанги), в биологических исследованиях на Ямале. Территория ЯНАО, где сходятся границы распространения таежных и тундровых, европейских и сибирских видов и подвидов животных и растений, — прекрасный полигон для экологических исследований: изучения эволюции организмов и сообществ, состояния и динамики биологического разнообразия и биоресурсов животного и растительного мира Полярного Урала и Севера Западной Сибири, для разработки научных основ их мониторинга и охраны. Экосистемы высоких широт отличаются крайне медленной скоростью восстановления, поэтому в условиях интенсивного промышленного освоения Севера необходима достоверная информация о состоянии их компонентов. Так, постоянная сеть станций, созданная сотрудниками ИЭРиЖ УрО РАН на нерестовых реках Полярного Урала и тридцатипятилетний опыт слежения позволяют давать обоснованные прогнозы численности популяций рыб Обского бассейна и рекомендации по их рациональному использованию. Трудно переоценить значимость многолетних дендрохронологических исследований ИЭРиЖ, в том числе пространственно-временных реконструкций климатических и гидрологических условий на Полярном Урале и нижней Оби за последние 4–10 тыс. лет, благодаря чему возможно прогнозировать климатические изменения в целом на севере Евразии.
Для сохранения стационара, единственного академического учреждения в ЯНАО, необходима его реконструкция, ведь он служит базой для исследований не только ИЭРиЖ, но и других академических учреждений, а также пользуется международной известностью: здесь работают ученые из Норвегии, Швеции, Финляндии, Польши, Чехии, Дании, Великобритании.
Кандидат биологических наук Н.А. Соколова (стационар ИЭРиЖ в Лабытнангах) представила обзор современных зоологических исследований на Ямале. Доклад доктора биологических наук Н.Г. Ильминских (Тобольская комплексная научная станция УрО РАН) был посвящен экотонам Западно-Сибирской Арктики и Субарктики (об этом подробно см. «НУ» № 25–26, 2013).
Доктор медицинских наук Е.Р. Бойко (Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН) отметил в своем докладе, что проблема дефицита микронутриентов, в том числе витаминов и микроэлементов, актуальная для жителей России в целом, на Севере стоит особенно остро. В последнее время структура витаминных дефицитов изменилась. Сегодня для северного населения наиболее серьезен дефицит тиамина (витамин В1), а также рибофлавина (витамин В2). Что касается жирорастворимых витаминов А и Е, то если дефицит их в целом у северян колеблется от 20 до 40%, то у работников нефтегазовой индустрии и целлюлозно-бумажного производства он достигает 100%. Зато теперь на Европейском Севере благодаря увеличению потребления свежих фруктов редко развиваются дефициты витамина С. Специалисты Института физиологии Коми НЦ оценили эффективностьприменения ряда витаминных препаратов и схем проведения витаминизации. По их мнению, наиболее целесообразно проводить курсовые ударные витаминизации три раза в год в периоды наименьшей витаминной обеспеченности. Были разработаны практические рекомендации, которые успешно используются на предприятиях газовой и целлюлозно-бумажной промышленности и в других отраслях.
На заседании выступил также зав. сектором экологических исследований регионального отдела ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (г. Салехард) с докладом о геологическом состоянии магистрального газопровода «Бованенково — Ухта».

Экономика высоких широт
Директор Пермского филиала Института экономики УрО РАН, доктор экономических наук А.Н. Пыткин рассказал о механизмах и инструментах экономического стимулирования инвестиций в Арктический регион. Первое, что нужно сделать — провести налоговую реформу с учетом особенностей хозяйствования на этой территории. Необходимы корректировки и в системе пенсионного обеспечения, чтобы создать такие условия, при которых пенсионерам будет выгодно постоянно проживать в регионе. Арктика также требует отдельного подхода к оплате труда, ее нужно привести в зависимость от колебаний индекса стоимости жизни. Следующие шаги — поиск оптимальных способов финансирования инвестиционных проектов, стимулирование внешнеэкономической деятельности, учет зарубежного опыта работы в условиях Севера. Бизнес должен уделить особое внимание стратегическому планированию, выстраиванию нормативной базы управления хозяйственной деятельностью. Сейчас же предприятия в большей степени полагаются на правила, предложенные государством.
Контуры собственной программы по освоению и развитию арктической зоны РФ в своем докладе обрисовал директор Центра исследований Арктики, председатель президиума Архангельского НЦ УрО РАН, доктор экономических наук В.И. Павленко. При разработке программы ученые опирались на предложенные Минрегионразвития принципы: это ресурсоэффективность, природосбережение и соблюдение государственных интересов. Суть предложений заключается в следующем: сначала создается инфраструктура, а потом при федеральной поддержке реализуется крупный проект, который позднее становится ядром будущих промышленных зон и центров. Так, развитие Северного морского пути будет способствовать и развитию прибрежных территорий и портовых хозяйств, а в долгосрочной перспективе позволит составить конкуренцию китайскому проекту по соединению Европы и Юго-Восточной Азии скоростной железной дорогой. Аналогичные по масштабу идеи можно реализовать в области энергетики и в освоении потенциала биоресурсов.
Доклад заведующего сектором размещения и развития производительных сил Института экономики УрО РАН, доктора географических наук В.В. Литовского был посвящен географическим аспектам освоения Арктики. Исторически территория Полярного и Заполярного Урала оказалась вне зоны действия научных центров УрО. Когда в прошлом году в Отделении была запущена программа ориентированных фундаментальных исследований «Арктика», встал вопрос о том, как выделить уральский сектор арктической зоны. Основным критерием здесь может стать наличие на прилегающих к Уралу равнинах и горной зоне тундрового растительного покрова. В геоэкономическом аспекте это приводит к выклиниванию арктических территорий глубоко на юг, в основном вдоль западного склона хребта, что обеспечивает связь с промышленно-развитой зоной макрорегиона. Это существенный факт с учетом того, что на севере сосредоточены огромные месторождения нефти, газа, угля, полиметаллов и урана. Таким образом, арктическую часть Урала нужно районировать исходя из соображений замыкания кругооборота вещества и энергии в таких целостных больших геосистемах.
Директор научно-инженерного центра «Надежность и ресурс больших систем машин» УрО РАН, доктор технических наук С.А. Тимашев выступил с докладом об оценке рисков при эксплуатации критичных инфраструктур — электроэнергетических сетей, трубопроводов, дорог — в условиях Арктики. В основе анализа — математическое моделирование и прогнозирование, «соединение» механики разрушений с экономикой и оценкой уровня техногенной опасности. Подход был опробован при составлении паспорта безопасности Екатеринбурга и некоторых закрытых городов, плана ликвидации разливов нефти для Свердловской области. Более конкретный пример — оценка рисков эксплуатации трубопровода, проложенного в вечномерзлом грунте, для «Сибнефтепровода». Были изучены метеоданные, исследована фактическая геология трассы, построена термодинамическая модель. Исследования показали, как на протяжении ближайших 12 лет будет меняться состояние трубопровода и в какой момент оно стабилизируется. Рекомендация ученых соответствует поставленной компанией задаче по оптимизации расходов на эксплуатацию: «ничего не делать».
В завершение круглого стола с коротким докладом выступил представитель ГБУ «Объединение по экономическому развитию КМНС» П.Н. Худи, рассказавший о необходимости внедрения в традиционное хозяйство коренных малочисленных народов Ямала инновационных технологий. Ненцы испытывают потребность в более легких и безопасных материалах для покрытия чума, в улучшении социальной базы, в обеспечении снегоходной и мототехникой, в развитии малой авиации. Частично опыт успешного внедрения инноваций в жизнь коренных народов можно перенять у других стран, в частности, у Финляндии.

История на завтра
Заседание круглого стола по гуманитарным наукам открыл директор Института истории и археологии УрО РАН, доктор исторических наук Е.Т. Артемов, вкратце рассказав о проводимых совместно с ямальскими коллегами исследованиях. Научная кооперация уже принесла свои плоды, в частности, в виде двухтомного академического издания «История Ямала». Дальнейшее сотрудничество планируется развивать в рамках четырех тем: исторический опыт инновационного развития северных территорий, этнокультурное наследие и идентичность в Арктике, Ямал в лицах и Ямал в XX веке в исторических документах страны. Ученым требуется институционализация контактов и усиление практической составляющей исследований. По словам Евгения Тимофеевича, полученные знания должны активнее использоваться в образовании и просвещении, а история должна позиционироваться как инструмент для выявления долгосрочных тенденций.
С докладом о преемственности в стратегиях промышленного освоения Ямала выступил доктор исторических наук В.П. Тимошенко (ИИА УрО РАН). Сейчас идет поиск новых подходов к развитию северных территорий. Коренная проблема состоит в том, что переход на рыночные отношения изменил субъектность освоения. Если до недавнего времени основной движущей силой в покорении российского Севера выступало государство, то сейчас эту роль стали играть крупные вертикально-интегрированные компании нефтегазового сектора, которые больше заинтересованы в минимизации издержек, нежели в финансировании масштабных инфраструктурных проектов. Региональное сообщество лишено рычагов воздействия на корпорации, а федеральные власти в контактах с крупным бизнесом ориентируются на решение общегосударственных задач. В целом развитие Ямала остается фрагментированным, так как им занимаются различные субъекты, чьи интересы не всегда совпадают.
Доктор исторических наук Г.Е. Корнилов (ИИА УрО РАН) в своем докладе подвел предварительные итоги проекта по изучению демографических процессов, происходивших на Ямале в период с конца XIX по начало XXI века. Источниками стали данные переписи и государственной статистики, разбросанные по 11 городам страны. В демографической истории региона были выделены три этапа. Первый — с конца XIX века по 60-е годы XX века. В это время на Ямале господствует традиционный тип воспроизводства с высокими показателями рождаемости и смертности. С конца 1960-х годов начинается второй этап. Активное промышленное освоение региона и развитие местной медицины привели к росту населения и увеличению средней продолжительности жизни. В начале третьего этапа, в 1990-е годы, происходит демографический спад, который заканчивается к 2000 году. Конечным же итогом демографических процессов на Ямале в ХХ веке стало то, что в регионе сформировалось население, развивающееся преимущественно за счет естественного прироста, а не миграции.
Член-корреспондент А.В. Головнев (ИИА УрО РАН) рассказал о таком специфическом виде прикладного исследования, как этнологическая экспертиза. Она, как правило, проводится в сжатые сроки, когда ученый ограничен в выборе аналитических инструментов — используются только наработанные ранее стратегии и тактики. Именно поэтому такое исследование не под силу новичку. Объектами этнологической экспертизы могут выступать: законодательные акты, проекты масштабных строек и разработки месторождений, этнически окрашенная информация в СМИ, инциденты, связанные с межнациональной и межрелигиозной рознью. В качестве примера Андрей Владимирович привел собственный опыт проведения экспертизы планируемого к разработке Крузенштернского месторождения. По соседству с ним находится огромная, построенная над тундрой промплощадка — Бованенково, которая уже оказывает заметное воздействие на жизнь оленеводов. Рекомендация ученого: ни в коем случае нельзя реализовывать план тотального строительства на новом участке.
Источник: Наука Урала